Погляд у майбутнє: основна тенденція мініатюризації багатовимірних датчиків сили

Визначення багатовимірних датчиків сили

Багатовимірні датчики сили — це клас високоточних датчиків, здатних вимірювати сили в кількох напрямках одночасно, включаючи сили тиску, розтягування та кручення.Мініатюризація цих датчиків означає, що їх можна інтегрувати в дуже маленькі пристрої, такі як медичні імплантати, мініатюрні роботи або високоточні промислові системи управління.Мініатюризація дозволяє цим датчикам займати менше місця, споживати менше енергії та працювати краще.

Важливість мініатюризації

Важливість мініатюризації полягає в її здатності уможливити застосування багатовимірних датчиків сили в областях, які раніше були обмежені просторовими обмеженнями.
Наприклад, у малоінвазивній хірургії мініатюрні датчики можуть бути інтегровані в хірургічні інструменти для забезпечення зворотного зв’язку сили в режимі реального часу, тим самим підвищуючи точність і безпеку операції.У смартфонах і пристроях, що носяться, мініатюрні датчики можна використовувати для забезпечення більш витонченого зворотного зв’язку дотиком і моніторингу стану здоров’я користувачів.

Розширення та вплив у сферах застосування

 

Застосування в секторі охорони здоров'я

У секторі охорони здоров’я мініатюрні багатовимірні датчики сили революціонізують традиційні методи діагностики та лікування.Наприклад, їх можна інтегрувати в переносні пристрої для моніторингу фізіологічних параметрів у реальному часі, таких як частота серцевих скорочень і артеріальний тиск.У малоінвазивній хірургії точний зворотний зв’язок із силою, який забезпечують ці датчики, може допомогти лікарям працювати з хірургічними інструментами більш безпечно та точно.

Для діагностики мініатюрні багатовимірні датчики сили можна використовувати для:

• Відстежуйте фізіологічні параметри в режимі реального часу: інтегровані в переносні пристрої, вони можуть відстежувати частоту серцевих скорочень, артеріальний тиск, частоту дихання, температуру тіла тощо, допомагаючи ранньому виявленню та профілактиці захворювань.
• Допомога в діагностиці захворювань: вони можуть вимірювати силу м’язів, діапазон рухів суглобів тощо, допомагаючи в діагностиці опорно-рухового апарату та неврологічних розладів.
• Сприяти ранньому скринінгу: вони можуть виявляти ранні ознаки серйозних захворювань, таких як рак і серцево-судинні захворювання, що дозволяє раннє лікування.

Для лікування ці датчики можна використовувати для:

• Допомога в мінімально інвазивній хірургії: Пропонуючи точний зворотний зв’язок за силою, щоб допомогти хірургам працювати з інструментами більш безпечно та точно, підвищуючи показники успіху операції.
• Реабілітаційна терапія: моніторинг прогресу пацієнта в реабілітації, допомога в ефективних вправах для відновлення.
• Допомога в роботизованій хірургії: визначення операційного середовища та фізіології пацієнта для забезпечення зворотного зв’язку в реальному часі для безпечніших роботизованих операцій.

Розумне виробництво та робототехніка

У інтелектуальному виробництві та робототехніці мініатюрні багатовимірні датчики сили покращують сприйняття роботів і точність роботи, дозволяючи виконувати складні та делікатні завдання, такі як точне складання та детальна перевірка якості.

Для сприйняття роботом ці датчики можуть:

• Відчувайте інформацію про навколишнє середовище в робочому просторі робота, таку як форма об’єкта, положення та сила, покращуючи сприйняття.Наприклад, вимірювання сили в кінцевому ефекторі робота для сприйняття ваги та форми об’єкта;вимірювання крутного моменту для розуміння напрямку та інтенсивності обертання об'єкта;і вимірювання як сили, так і крутного моменту, щоб повністю зрозуміти динаміку об’єкта.

Для керування роботами вони можуть:

• Керуйте рухом робота, наприклад силою руки та крутним моментом, що підвищує точність і стабільність роботи.У точному складанні вони забезпечують точне розташування деталей;під час контролю якості вони виявляють поверхневі дефекти та внутрішні структури для детальної оцінки якості.

Для безпеки роботів вони можуть:

• Сенсорна взаємодія змушує людей і роботів забезпечити безпечну співпрацю між людьми.Наприклад, визначення відстані та контактної сили для запобігання нещасним випадкам у робочих місцях для спільної роботи.

Застосування в побутовій електроніці

Мініатюрні багатовимірні датчики сили збагачують функціональність та інтелект споживчої електроніки, наприклад смартфонів і переносних пристроїв, підвищуючи чутливість сенсорного екрану, відстежуючи рухи та навіть стан психічного здоров’я.

У смартфонах вони можуть:

• Покращте реакцію сенсорного екрана, фіксуючи тиск пальців, увімкнувши контроль гучності телефону, масштабування зображення тощо.
• Покращуйте враження від ігор, відчуваючи рух і орієнтацію телефону, пропонуючи реалістичні ігрові взаємодії.
• Забезпечте функції моніторингу здоров’я, оцінюючи силу стискання, частоту серцевих скорочень та інші фізіологічні показники для відстеження стану здоров’я.

У носимих пристроях вони можуть:

• Відстежуйте стан руху, працюючи з акселерометрами та гіроскопами для відстеження кроків, відстані, спалених калорій тощо.
• Контролюйте якість сну, оцінюючи позу під час сну та частоту дихання для кращого розуміння сну.
• Слідкуйте за психічним здоров’ям, оцінюючи електрошкірну активність (EDA), щоб оцінити рівень стресу та тривоги, спонукаючи до розслаблення, щоб уникнути надмірного стресу.

Крім того, ці датчики знаходять застосування в:

• Розумні будинки: керування розумними замками, освітленням тощо.
• Віртуальна та доповнена реальність: пропонує більш реалістичний досвід взаємодії.

Майбутні тенденції та напрямки розвитку Застосування нових матеріалів

Майбутні багатовимірні датчики сили продовжуватимуть досліджувати легші, міцніші та чутливіші матеріали для подальшого підвищення продуктивності та зменшення розміру.

• Двовимірні матеріали, такі як графен, пропонують виняткові механічні, електричні та оптичні властивості для створення високочутливих, точних і малопотужних датчиків.
• Металоорганічні каркаси (MOF) з високою площею поверхні, регульованою пористістю та багатою хімічною функціональністю для створення чутливих і багатофункціональних сенсорів.

Інтеграція штучного інтелекту та великих данихПоєднання технологій штучного інтелекту та великих даних із багатовимірними датчиками сили розширює можливості аналізу даних і прийняття рішень, прокладаючи шлях для інноваційних застосувань і вдосконалення сенсорних технологій.